專利名稱：激光直射式點型光電感煙探測器的制作方法
技術領域：
激光直射式點型光電感煙探測器是屬于消防設備范疇內火災自動報警系統(tǒng)中的點型火災 探測器。點型火災探測器的應用在國家規(guī)范《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50116-98)及 《火災自動報警系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》(GB50166-92)中都有具體規(guī)定。探測器的制作屬于屬 于消防設備專業(yè)生產技術領域。本專利申報的探測器又涉及到激光技術。
背景技術：
1. 從當前應用的兩種感煙探測器說起。
(1) .離子感煙探測器，這是最先應用于火災自動報警系統(tǒng)中的感煙探測器，其原理是利 用煙霧ii^探測器內的放射性元素照射區(qū)后其導電離子濃度發(fā)生變化，通過比較電路對這種
變化進行檢測，從而確定其煙霧濃度。當其煙霧濃度達到臨界值時，進行動作報警。其優(yōu)點 是可識別各類火災產生的各種顏色的煙霧。但這種探測器應用了放射性元素，從生產到使用 及報廢探測器的處理對環(huán)境都具有放射性污染。因此，離子感煙探測器的應用受到環(huán)保的限 制，當前只用于油類等火災時產生黑煙的場所。
(2) .光電感煙探測器，為避免離子感煙探測器的放射性污染，產生了光電感煙探測器(以 下簡稱現(xiàn)有光電感煙)其原理是探測器內部設有光源(注l)、光線吸收板及光敏接收元件。 無煙霧時光源發(fā)出的光束直射光線吸收板，光敏接收元件位于光束側面無光照，處于高阻狀 態(tài)。當煙霧進入探測器后，煙霧粒子對光束產生反射，使處于光束側面的光敏接收元件受到 光照，其等效電阻下降，當煙霧濃度達到一定程度，光敏接收元件的等效電阻下降到臨界阻 值以下時，探測器將動作報警?，F(xiàn)有光電感煙的優(yōu)點是避免使用放射性元素，結構簡單成本 低?，F(xiàn)國內多家廠商均生產此類探測器。但都沒有注意解決所存在的缺陷問題。
2. 現(xiàn)有光電感煙的缺陷現(xiàn)有光電感煙經較長時間的使用后，已經發(fā)現(xiàn)此類探測器存 在以下三大缺陷
(1) .對類黑色煙霧不敏感；對純黑色煙霧不動作使用中發(fā)現(xiàn)此類探測器在安裝完畢調 試時，使用白色或蘭色煙霧發(fā)生器啟動探測器(現(xiàn)用煙霧發(fā)生器全為白、蘭色煙霧)，動作都 是有效的。投入使用后， 一旦發(fā)生類黑色或純黑色煙霧的火災時，探測器存在拒動作現(xiàn)象。 然而火災發(fā)生率較高的油類、橡膠類、高分子化合物等物質火災時都產生類黑色或純黑色煙 霧。所以在這類場所就不能應用這種探測器。現(xiàn)很多用戶(例如安徽馬鋼)現(xiàn)已規(guī)定在本企 業(yè)火災產生黑煙場所不準使用光電感煙，仍然使用離子感煙探測器?，F(xiàn)有光電感煙對黑煙不 動作的原因是清楚的。眾所周知，介質對光線的反射量與介質本身的顏色關系極大，白色反 光最強，顏色加深反光量減弱，純黑色基本不反光。由于現(xiàn)有光電感煙中光敏接收元件是靠 煙霧對光線的反射獲取信息的，然而黑煙對光反射極弱，光敏元件收到光照也極弱也就不能 報警。
(2) .對閃電、電烀弧光等強光產生誤報，現(xiàn)有光電感煙對傳入保護區(qū)的閃電、電焊孤光 等強光能產生誤報。其原因是此類強光經過多次反射后，i^v探測器使光敏接收元件受光 照而誤報。此誤報如發(fā)生在氣體滅火保護區(qū)，有可能導致滅火氣體誤噴的重大事故。
(3) .夜間無照明環(huán)境報警不可靠使用中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有光電感煙在環(huán)境亮度較高時其靈敏 度高；而環(huán)境亮度較低時其靈敏度較低，當夜間無照明時的靈敏度最低。其原因是較強環(huán)境 亮度的光線經通過多次反射可照到探測器內的光敏接^件上，使之產生了由煙霧反射外的 附加值，使靈敏度提高；夜間無照明時恰恰與此相反。這樣同等煙霧強度下，白天或有照明 時能報警；夜間無照明時卻不一定報警。所以現(xiàn)有光電感煙對夜間無照明環(huán)境下的火災監(jiān)視 是很不可靠的。這樣就難以早期發(fā)現(xiàn)并自動啟動滅火設備樸滅夜間發(fā)生的火災。對于火災自動報警設備的功能來講，這一缺陷也可以說是致命的。
2.現(xiàn)有兩種感煙探測器的背景技術離子感煙探測器能識別黑煙但含有放射 性元素危害環(huán)境；為避免使用放射性元素而產生的現(xiàn)有光電感煙探測器又存在三 項缺陷，所以現(xiàn)在需要有一種新的技術方案來克服這三項缺陷，制成一種新型光 電感煙探測器，以便在各種場所都能取代含放射性元素的離子感煙探測器，徹底 消除火災自動報警系統(tǒng)為應用環(huán)境帶來的放射性污染。
發(fā)明內容
1. 根據前面所述確定本實用新型要解決的問^A:
(1) .現(xiàn)有光電感煙探測器對黑色煙霧不敏感或不動作問題；
(2) .現(xiàn)有光電感煙探測器對電焊弧光等強光易誤報問題；
(3) .現(xiàn)有光電感煙探測器夜間無照明報警不可靠問題。
2. 本實用新型解決問題的技術方案是
(1) .照射結構的改進現(xiàn)有光電感煙探測器的光照結構為普通光束直射光 線吸,，光4t接收管置于光束側面，平時不受光束照射，當煙霧進入光束后， 煙霧對光束產生反射，其反射的光線使光敏接收管獲得光照的正相增量信息。而 本實用新型采用的光照結構是首先將所用光束由普通光束改為由三洋激光模組 產生的具高亮度和高集射性的激光光束，并讓激光束穿過煙霧采集區(qū)，直接照射 光敏接收管(注2)，平時煙霧采集區(qū)內無煙霧，光敏接收管受照射強度最大，當煙 霧進入煙霧采集區(qū)后，煙霧對光束產生遮擋作用，致使光^t接收管所受光照減弱， 使之獲取光照的負相增量信息；
(2) .采用一種新的外形結構將現(xiàn)有的圓盤形整體結構改為由矩形鋁合金 外殼主體盒及其用航空插頭與^M目插接的短笛形《煙霧采集管》，兩件分體組成。
(3) .采用一種新的顯示結構將現(xiàn)有的單管雙態(tài)顯示改為三管四態(tài)顯示。
(4) .采用可將激光束擴展應用的結構。
3. 用此技術方案制成的一種具有新型結構及外形的光電感煙探測器，命名 為《激光直射式點型光電感煙探測器》。
4. 《激光直射式點型光電感煙探測器》的主要用途由于此種探測器能識別 各種顏色煙霧，特別是對黑色煙霧更為敏感，所以可用于各種可能發(fā)生黑煙火突 的場所，以便取代這些場所現(xiàn)在只能應用能識別黑煙的，但卻具有放射性污染的 離子感煙探測器。更重要的是《激光直射式點型光電感煙探測器》具有把空氣污 染與火災煙霧區(qū)別開來的功能，可分別發(fā)出空氣污染提醒和火災報警兩種信號 (后詳)，避免誤報。所以此探測器可用于重要場所的火災自動報警系統(tǒng)中。
5. 《激光直射式點型光電感煙探測器》所用技術方案的有益效果 最重要的是消除了現(xiàn)有光電感煙探測器的故有缺陷
(1) .如何解決現(xiàn)用光電感煙對黑煙不敏感問題如前面所迷，現(xiàn)有光電感煙 探測器的光敏元件是靠煙霧對所照射光的反射獲得煙霧信息的，而黑色煙霧對光 的反射系數(shù)極小，所以光敏元件能收到黑色煙霧信息也就極小，也就是說對黑色 煙霧不敏感或不動作。然而《激光直射式點型光電感煙探測器》的光敏接收管是 受穿過煙霧采集區(qū)的激光光束直接照射的，靠煙霧的不同濃度對激光光束遮擋作 用不同，使光敏元件受照強度不同而精確的獲得煙霧濃度信息。試驗證明各種顏 色煙霧對激光光束的遮擋作用是相似的，而對大多數(shù)火突產生的黑色煙霧更敏感； 更確保報警動作有效。
(2) .如何解決現(xiàn)有光電感煙探測器對閃電、電焊孤光等強光產生誤報的《激光直射式點型光電感煙探測器-》是利用激光光束直射光敏管，正常時光敏 管的等效電阻處于低值， 一旦有閃電、電焊孤光瞬間侵入照至光敏管上，其等效 電阻只能進一步減低，不會使探測器報警(等效電阻增大才報警)。然而此類強 光的發(fā)生畢竟是瞬間的，又不會影響探測器的正常報警。
(3).如何解決現(xiàn)有光電感煙夜間無照明報警不可靠的由于《激光直射式 點型光電感煙探測器》的光源是激皿組產生的激光光束，具有高亮度和高集射 性，結構上光敏管裝有遮擋外界光照的套管，集中接受激光光束的照射，周圍環(huán) 境亮度對其影響極其微弱，所以白天、黑夜、有無照明都不會對《激光直射式點 型光電感煙探測器》構成影響。
由于釆取恰當?shù)募夹g方案在解決現(xiàn)有技術問題的同時也帶來了相應的有益
效果
(1 ).進一步提高了靈敏度和分辨率，以至于可探測到保護區(qū)內微小的空氣 指數(shù)變化，例如保護區(qū)內人員吸香煙較多；清掃灰塵過大；水蒸汽氣霧較大時都 可探測到，并以兩級蘭燈提醒，卻不向主機報火警。即具有將空氣污染與火災煙 霧區(qū)別開來的智能功能
(2) .短笛形《煙霧采集管》(見圖4、圖5)的煙霧采樣寬度比圓盤形采 樣寬度大三倍以上，增加了煙霧對激光光束的遮擋厚度和遮擋效果，確保了光敏 管對煙霧濃a應的準確度。另外通過航空插頭與探測器殼體連接，非常便于維 修和清洗(M范煙霧采集部分必須定期清洗)。
(3) .新顯示結構的有益效果在主體外殼上裝有兩只蘭色發(fā)光管和一只 綠紅雙色發(fā)光管，做三管四態(tài)顯示。即正常時雙色發(fā)光管做緣光閃爍；當保護區(qū) 內空氣輕度污染時， 一只蘭色發(fā)光管被點亮；當空氣污染達到中度以上時，第二 只蘭色發(fā)光管被點亮。蘭色管點亮只是現(xiàn)場提醒，卻不向主 警。當保護區(qū)產 生煙霧并達到火災濃度時，綠紅雙色管由綠光閃爍變?yōu)榧t光常亮，并向主機報警。 清楚地顯示出探測器的正常、空氣輕度污染、空氣中度污染、火突報警四種狀態(tài)； 而現(xiàn)有光電感煙只具有正常及報警兩種顯示，不具備將空氣指數(shù)下降與火災煙霧 區(qū)分顯示的功能。
6. 激光束的擴展應用結構上面所述《激光直射式點型光電感煙探測器》 是為改進現(xiàn)用點型光電感煙探測器而研制的產品，雖然通過短笛形《煙霧采集管》 擴大了采集區(qū)，但其激光束的利用長度僅有IO厘米，然而激ibgl組發(fā)出的有效 激光束可長達數(shù)拾米，為充分利用激光束，讓激光束跨過整個防火保護區(qū)，使整 個防火保護區(qū)都成為探測器采樣的煙霧采集區(qū)，這樣又制成了激光束擴展應用結 構(圖6、圖7)。
(1) .激光束擴展應用結構，只是將《激光直射式點型光電感煙探測器》中 的激光模組裝在防火保護區(qū)的一面墻上，讓激光束照射在對面墻的反光鏡上，反 光鏡將激光束反射回來，照在光敏接收管上。激光束兩次跨過保護區(qū)，如果保護 區(qū)有煙霧發(fā)生，就會對激光束產生遮擋作用，其光強就會隨煙霧濃度加大而減弱， 此光束照射光敏接收管，使其獲取光照的負相增量信息。就會像《激光直射式點 型光電感煙探測器》 一樣相應的發(fā)出空氣污染提醒或火災報警信號。
(2) .激光束擴展應用結構與《激光直射式點型光電感煙探測器》的結構原 理完全相同，只是兩者的煙霧采集范圍不同而已，前者是跨越保護區(qū)的一條線； 后者是保護區(qū)的某一點。兩者是同一類產品的兩種不同形式的應用。
7. 有關電氣線路《激光直射式點型光電感煙探測器》》的電子線路各環(huán)節(jié)均 采用成熟通用線路，主要有穩(wěn)壓、脈沖控制、耦合控制、運算比較、施密特觸發(fā)、短路斷路保護、發(fā)光管顯示等組成。為明確其原理結構現(xiàn)以框圖形式說明詳見 圖8、圖9。


1. 圖1、圖2及圖3分別為《激光直射式點型光電感煙探測器》外形結構的 正面圖、底面圖及左側面2. 圖4、圖5主要顯示《激光直射式點型光電感煙探測器》用主要部件短笛 形《煙霧采集管》的內部結構及無煙、有煙狀兩種狀態(tài)的作用原理；
1圖6 、圖7為《激光直射式點型光電感煙探測器》激光束擴展應用結構 的無煙霧和有煙霧iiX激光束探測范圍時的結構原理(見本說明書發(fā)明內容6);
4. 圖8為《激光直射式點型光電感煙探測器》的線路原理框5. 圖9為《激光直射式點型光電感煙探測器》具有保護的專用接口電路。
具體實施方式
本實用新型以附圖(圖1-圖9)進行具體實施
圖1-困3為《激光直射式點型光電感煙探測器》外形結構，其中由電子設備 外殼專用鋁合金型材制成的外殼[l];外殼底面嵌裝兩只蘭色發(fā)光管[2]、 [3]和一 只綠紅雙色發(fā)光管[4];外殼左側嵌裝三級靈敏度選擇開關[8];上面插接安裝能 與標準86接線盒相連接的底座[7];右側嵌裝的航空插頭[5];通過此航空插頭 連接短笛形《煙霧采集管》[6]，共8個部件組成(詳見標記1-8);
圖4-圖5主要顯示《激光直射式點型光電感煙探測器》用主要部件短笛形 《煙霧采集管》的內部結構由無縫鋼管制成的管體[9]，管下方開七只進煙孔 [18],并貼防蟲紗網[19],上方開一出煙孔[12]，管左端通過航空插頭[5]與鋁 合金外殼相連接。管內裝有三洋激M組[10，環(huán)氧底板[11]，印刷線路板[13], 光敏管[15]等組成。圖4、圖5兩幅圖分別顯示了有煙及無煙兩種狀態(tài)的作用原 理
其中圖4為無煙狀態(tài)，置于煙霧采集管左端的激ifeJI組[10]發(fā)出原發(fā)激光束 [14跨過煙霧采集管內煙霧采集區(qū)射在右端的光敏管[15]上，使其等效電阻成低 值。經計算比較電路確認為無煙狀態(tài)，雙色管綠光閃爍。
而圖5為進煙后狀態(tài)當煙霧從進煙孔進入采集管后，遮擋了原發(fā)激光束 [14]，使其光強隨煙霧濃度加大而減弱，原發(fā)激光束在此獲栽煙霧信息，成為栽 信激光束[17],此栽信激光束照射光敏管[16],使其獲得煙霧信息，其等值電阻 按煙霧信息增大，通過運算比較電路可以分別確認為空氣指數(shù)下降或火災，從而 進行提醒顯示點亮蘭色[2] [3]或報火警，雙色管[4]紅光長亮即動作報警。
圖6-圖7為《激光直射式點型光電感煙探測器》激光束擴展應用結構及作 用原理(見本說明書發(fā)明內容6)，結構主要由鋁^外殼[1]左端固定于墻上； 外殼下面嵌裝兩只蘭色發(fā)光管[2]、 [3]和一只綠紅雙色發(fā)光管[4];外殼右端引出 激M組鏡頭[10]及保護套管；激光束射向對面墻上的雙45;1^光鏡[22],反射 回來的激光束照在光敏管[15]上，光敏管裝在調位底座[20]上的保護套管[21]內。 作用原理分兩幅圖表示
其中圖6為無煙狀態(tài)，激M組[10]射出的原發(fā)激光束[14]，射中反光鏡[22]， 激光束反射回發(fā)射處附近照在光敏管[15]上，.使光敏管內阻處于低值，經運算比 較電路確認為無煙狀態(tài)，雙色管緣光閃爍。
而圖7為煙霧i^狀態(tài)，當煙霧進入激光束范圍內，由于煙霧的遮擋作用，激光束光強就會隨煙霧濃度大而減弱，使原發(fā)激光束[14]獲栽煙霧信息，成為栽 信激光束[17]，此光束照射光敏管[16]，又使光敏管獲得煙霧信息，通過運算比 較電路可以分別確認為空氣指數(shù)下降或火災，從而進行提醒顯示點亮蘭色管[2]、 [3]，或報火警雙色管[4]紅光長亮，即動作報警。
圖8:本圖為《激光直射式點型光電感煙探測器》的線路原理框圖。主要由 運算比較電路[23]、預置數(shù)據電阻組[24]、光敏管壓降檢測[25]、穩(wěn)壓電源[26]、 電源正線引入端子[27]、脈沖信號發(fā)生器[28]、耦合控制1[29]、耦合控制2[30]、 信號線引入端子[31]、綠紅雙色管[4]、蘭色發(fā)光管[3]、蘭色發(fā)光管[2]、電源 負線引入端子[32]、航空插頭[5]、煙霧采集管[6]、激光模組[IO]、光敏管[15] 共17個部分組成。線路主要功能激光模組以脈沖方式發(fā)射激光束，光敏管在 脈沖期間接受信息，在無脈期間靠耦合控制閉鎖工作，以防止一旦激光模組損壞 光敏管無照射成高阻而誤報。運算比較電M檢測與預置的電壓數(shù)據比較后分三 檔輸出，即輕微煙霧分兩級點亮蘭色管提醒，夠成火災的煙霧觸發(fā)可控硅將雙色 管由綠光閃爍轉為紅光長亮并向接口報警。電源負線經航空插頭返回有效， 一旦 撥下煙霧采集管探測器將失去電源負線，閃爍綠光將滅掉實現(xiàn)保護。
圖9:本圖為《激光直射式點型光電感煙探測器》具有保護的專用接口電路， 通過此接口可將探測器及其擴展應用接入各種火災報警系統(tǒng)，也可以直接控制各 種自動滅火設備的啟動滅火。主要環(huán)節(jié)有動作數(shù)據預置[33]、 12V穩(wěn)壓電源[34]、 報警后復位掩組[35]、電源線接線端子[36]、信號線檢流電阻[37]、信號線輸出端 子[38]、運算比較環(huán)節(jié)[39]、故障音響環(huán)節(jié)[40]、報警放大輸出[41和接口輸出 端子[42]共10個部分。本圖的主要功能通過對信號線的電流檢測可確認所接 探測器第一、二只動作，并分別用無源常開接點及l(fā) 2 V電壓向上級火災報警控 制器或自動滅火控制器送出報警信號；同樣通過信號電流可自動判斷信號線的斷 路和短路并就地發(fā)出聲光故障信號，其聲故障信號可通過消音掩組消音，光故障 信號直亮至故障消除。同時將故障信息傳送給上 。
注1:現(xiàn)有光電感煙探測器的光源，國內全部采用普通光源；國外僅有美國諾帝菲爾公 司采用了激光。
注2:雖然美國諾帝菲爾公司已將激光用于點型感煙探測器，但其結構仍然是傳統(tǒng)的反 射式，盡管對淺色煙霧的靈敏度提高很多倍，M黑煙仍是不敏感。
權利要求1.一種新型光電感煙探測器激光直射式點型光電感煙探測器，它是由發(fā)射光束的光源部分[10]、接收煙霧信息的光敏接收管[15]、煙霧采集部分、狀態(tài)顯示部分、控制線路板及外殼等組成，其特征是照射結構采用激光束[14]直接照射光敏接收管[15]的新型直射式結構。
2. 根據權利要求1所述的激光直射式點型光電感煙探測器的特征是一種新的外形結構，它是由矩形鋁合金外殼等構成的主體盒m及其用航空插頭[5]與之相插接的短笛形煙霧采集管[6]，兩件分體組成。
3. 根據權利要求l所述的激光直射式點型光電感煙探測器的特征是一種新的顯示結構，三管四態(tài)顯示結構，它是在主體盒[l]底面上裝有一只綠紅雙色發(fā)光 管[4],以綠光閃爍顯示正常，以紅光常亮顯示火災報警，另有兩只蘭色發(fā)光管[2]、 [3]分別 顯示空氣輕.中度污染。
4. 根據權利要求1所迷的激光直射式點型光電感煙探測器的特征是一種可將激光束擴展應用的結構，它是將激光模組[10]置于防火保護區(qū)的一面墻上，使 激光東[14]射向對面墻上的反光裝置[22],使凈皮反射回的激光束U7]照在光敏接收管上[16， 探測火災煙霧的激光束擴展應用的結構。
專利摘要一種光電感煙探測器《激光直射式點型光電感煙探測器》，它是由矩形主體盒及與之插接的煙霧采集管分體構成。這是為克服現(xiàn)用光電感煙探測器對黑煙不動作等三項缺陷而設計的。所采用的技術方案是1.將照射結構由普通光束射向吸收板而置光敏管于光束測面的光照結構，改為用激光束直接照射光敏接收管的直射式結構；2.將圓盤整體外形改為由矩形主體盒及與之插接的煙霧采集管兩件分體構成；3.改進顯示結構；將單管雙態(tài)顯示改為三管四態(tài)顯示；4.采用激光束可擴展應用結構。由于本實用新型能識別黑煙，所以主要用途是重要場所替代含放射性元素的離子感煙探測器。這是利用現(xiàn)用光電感煙探測器所無法做到的。
文檔編號G08B17/10GK201145935SQ20072003661
公開日2008年11月5日 申請日期2007年4月9日 優(yōu)先權日2007年4月9日
發(fā)明者胡振宇 申請人:胡振宇